專利名稱：一種制備環刀原狀土試樣的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于巖土工程勘察領域，尤其是一種用于制備環刀原狀土試樣的裝置。
背景技術：
目前工程勘察土工試驗在鉆探現場采取原狀土樣品，原狀土樣品送到試驗室后，首先要打開樣品盒，然后根據試驗需要用環刀制備原狀土試樣進行土的物理或力學性質試驗。這種制備環刀原狀土試樣的方法存在以下缺點I.對于結構強度低、具有豎向裂隙的新黃土，打開樣品盒后，土樣會出現豎向開裂，造成樣品被破壞而報廢；對于開縫式樣品盒，黏性較大的黏土樣品，土樣粘在樣品盒壁上，開盒后，樣品容易開裂而報廢，而多次取樣會造成較大的經濟支出。2.對于粘聚力很小的砂土，由于樣品盒打開后，砂土很容易散開，因此目前只能將環刀嵌于取砂器內，在現場直接采取環刀樣品。由于取砂器內嵌環刀，且取砂器管靴的內徑與環刀的內徑相等，為厚壁取土器，因此土樣周邊擾動較大。并且取砂器作為砂土樣品的包裝盒連同砂樣一起被送往試驗室，因此取砂樣較多時，需配備較多的取砂器。3.制備環刀試樣時，需要人力將環刀壓入土樣中，對于硬土樣品，將環刀壓入土中的阻力較大，制備環刀樣品費力。通過檢索，尚未發現與本專利申請相關的公開專利文獻。
發明內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種取樣速度快、效果好，適合在試驗室內制備環刀原狀土樣品的裝置，本裝置適用于無縫圓管樣品盒和開縫圓管樣品盒包裝的各類原狀黏性土、粉土和砂土。本實用新型的目的是這樣實現的一種用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于包括工作臺、支撐柱、土樣下墊板、傳力架、壓頭及杠桿，在工作臺底板上安置支撐柱，在支撐柱上依次安置土樣下墊板、帶有土樣品的圓筒樣品盒、制備原狀試樣的環刀、傳力架、壓頭和杠桿，該杠桿阻力臂一端與工作臺的立柱鉸接。而且，還包括彈簧卡子，該彈簧卡子由一個開口圓環和兩個手柄組成，手柄安裝在開口圓環的開口端，彈簧卡子的開口圓環套裝在樣品盒的外側；常態時卡子圓環內直徑小于樣品盒外直徑，使用時將卡子脹開后卡子圓環內直徑大于樣品盒端蓋外直徑。而且，工作臺由底板和立柱構成，底板為一平面鋼板，其上固裝圓筒狀槽，槽的內直徑大于最粗樣品盒的外直徑，槽的深度低于樣品盒的高度；位于圓筒狀槽軸心的底板上同軸開有一圓形孔，該圓形孔的直徑小于支撐柱的內直徑；立柱垂直于底板，固裝在底板一端，立柱上固裝一組水平橫梁呈格柵狀，杠桿阻力臂鉸裝在水平橫梁上。而且，所述的支撐柱為圓筒狀，其下端開口呈圓環形，該下端置放在工作臺的圓筒狀槽內；支撐柱的上端固裝一平蓋，該平蓋的中心同軸開有一圓孔，支撐柱高度高于樣品盒的高度，支撐柱的外直徑小于樣品盒的內直徑。而且，所述的土樣下墊板為一平面圓板，該圓板直徑小于樣品盒內直徑，圓板下端面中心位置同軸固裝一實心圓柱，該圓柱直徑小于支撐柱平蓋中心的圓孔直徑，圓柱端部制成弧形，該圓柱插裝在支撐柱平蓋中心圓孔內。而且,所述傳力架由頂板、肋板和兩個圓環組成,頂板為圓形平板,頂板和兩個圓環同軸設置，肋板呈放射狀，肋板的上端均固裝在頂板上，且肋板的上端突出于頂板上表面，圓環安裝在肋板上，傳力架整體呈圓臺狀；肋板有帶臺階和不帶臺階兩種，其間隔布置；下圓環的內直徑大于樣品盒的外直徑，上圓環置于肋板內側或外側，上圓環置于肋板內側時為環刀狀，其內直徑大于取土環刀外直徑，上圓環的下端為外斜刃口。而且，所述壓頭呈圓臺狀，圓臺下端圓平面直徑小于傳力架頂板直徑，壓頭上端為圓球狀。而且，所述杠桿阻力臂一端上表面橫向設計一條槽，該橫向條槽的斷面呈弧形，該橫向條槽用于與工作臺立柱上的水平橫梁鉸接；杠桿的下底面縱向設計一條槽，杠桿通過縱向條槽與壓頭的圓球頂端相配合。本實用新型的優點和積極效果是I.本裝置主要由工作臺、支撐柱、土樣下墊板、傳力架、壓頭、杠桿及彈簧卡子構成，用手通過對杠桿動力臂加壓，傳力架可對環刀和樣品盒施加向下的壓力，即可完成原狀土取樣。由于制備環刀原狀土試樣過程中不需要完全打開樣品盒，因此有效降低了試樣制備過程中土樣品遭破壞的機會，對黃土、裂隙黏土等容易碎裂的土樣，均能制備出高質量的環刀試樣,制樣速度快，成功率高，廢品率低，取樣成本低。2.對于粘聚力很低的砂土，也能用普通的取土器采取原狀砂土樣品，進而制備成環刀原狀砂土試樣，這樣鉆探現場就不需要配備專用取砂器，方便鉆探。同時用普通取土器取得的原狀砂土樣品的直徑大于環刀直徑，減輕了土樣徑向邊緣擾動引起的質量問題。3.對于堅硬的粘性土，可通過調整杠桿的動力臂長度，使得環刀壓入土樣更容易，取樣過程省時省力。4.對于軟土采用薄壁無縫管取樣的情況，可減輕軟土從無縫土樣管推出到制備環刀試樣之間對土樣的擾動。5.傳力架中的肋板有帶臺階和不帶臺階兩種，間隔布置。其作用有三個，一是聯接頂板和圓環，組成傳力架的整體結構；二是傳遞上部所加的力，推動環刀和樣品盒在制備樣品過程中同步向下移動；三是通過其上端突出頂板上面，限位頂板上部的壓頭。下部大圓環的內直徑略大于樣品盒的外直徑，起到傳力架與土樣的定位作用。對于新黃土、軟土等上部圓環置于肋板內側，為環刀狀，其內直徑略大于取土環刀外直徑，下端為外斜刃口，在制備土樣過程中，傳力架上的刃口高度略高于取土環刀的刃口高度，這個圓環有兩個作用，一是定位取土環刀，使取土環刀位于土樣中心位置；二是切削取土環刀外部的多余土。對于硬土上部圓環置于肋板外側，僅起加固傳力架結構的作用。6.傳力架中兩個臺階之間的高度差為25mm，環刀的高度為20mm，這樣制備環刀試樣過程中，樣品盒上沿始終略低于取土環刀的下沿，本例高差為5mm，這樣既能保證順利起出制備好的試樣，又能保證土樣不裂、不散。[0024]7.本實用新型是一種用于制備環刀原狀土試樣的裝置，本裝置為工具式，其單件輕巧、制造容易、操作方便、使用省力，使用本裝置可以在不完全打開樣品盒的條件下制備環刀原狀試樣，從而起到提高取樣效率、改善取樣效果、提高取樣成功率、減輕土樣徑向邊緣擾動等作用。
圖I為本實用新型的示意圖；圖2為工作臺的主視圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4為支撐柱的剖面圖；圖5為土樣下墊板的剖面圖；圖6為傳力架的結構圖；圖7為圖6的A-A向剖視圖；圖8為壓頭的主視圖；圖9為杠桿的主視圖；圖10為圖9的俯視圖；圖11為圖10的B-B向剖視圖；圖12為彈簧卡子的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細敘述本實用新型的實施例，需要說明的是，本實施例是敘述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。一種用于制備環刀原狀土試樣的裝置，包括工作臺I、支撐柱2、土樣下墊板3、傳力架4、壓頭5、杠桿6、彈簧卡子7和其它常用制備土樣的其它工具，材質選用鋼、鋁、合金等均可。在工作臺底板上安置支撐柱，在支撐柱上依次安置土樣下墊板、帶有土樣品10的圓筒樣品盒9、制備原狀試樣的環刀8、傳力架、壓頭和杠桿，該杠桿阻力臂一端與工作臺的立柱鉸接。其具體結構及連接關系為工作臺由底板11和立柱12構成。底板為一厚度為5mm的平面鋼板，其上安裝有圓筒狀槽13，圓筒狀槽可以為一個，也可以為同軸設置的多個，圓筒狀槽可以焊接在底板上，也可以采用螺紋嚙合方式安裝在底板上。最大槽的內直徑略大于最粗樣品盒的外直徑，槽的深度略低于樣品盒的高度，制備試樣過程中，樣品盒嵌于圓筒狀槽內，圓筒狀槽起到穩固土樣的作用；對于小直徑土樣，可在圓筒狀槽內加放內直徑略大于樣品盒的套筒，以便穩固土樣品。位于圓筒狀槽軸心的底板上同軸開有一圓形孔14，圓形孔的直徑小于支撐柱的內直徑。立柱垂直于底板，固裝在底板的一端，立柱由10號槽鋼制成，在槽鋼兩翼板間焊裝一組水平橫梁15呈格柵狀，橫梁由直徑16mm的圓鋼制成，杠桿阻力臂鉸裝在水平橫梁上。圓筒狀槽的作用是將土樣定位在工作臺上的適當位置。圓形孔的作用是將散落下來的廢土屑清理到底板以下，孔下面可以放置一個盤子盛廢土屑，這樣便于清理圓筒狀槽里的廢土屑。立柱上的橫梁是杠桿阻力臂的鉸接點，設置一組橫梁可根據土樣高度選擇適宜的位置使用，本例橫梁間距為35mm。[0040]支撐柱為圓筒狀，其下端開口呈圓環形，該下端置放在工作臺的圓筒狀槽內；支撐柱上端固裝平蓋，平蓋的中心同軸開有一圓孔16。當圓筒狀槽內有土屑時，用手旋轉并下壓下端呈環形開口的支撐柱，這樣很容易將支撐柱平穩地置于圓筒狀槽內。上端蓋上的圓孔與土樣下墊板上的圓柱17呈滑動配合，以便將土樣定位在支撐柱的中心。支撐柱高度略高于樣品盒的高度，支撐柱外直徑略小于土樣的直徑。土樣下墊板為一平面圓板，圓板直徑小于樣品盒內直徑廣4_，軟土、砂土等容易從墊板與樣品盒之間空隙漏土屑的取小值，黃土、硬土取大值。圓板用4mm厚的鋼板。圓板下端面中心位置，同軸固裝一實心圓柱，該圓柱直徑略小于支撐柱平蓋中心的圓孔的直徑，該圓柱插裝在圓孔內，二者滑動配合，圓柱端部制成 弧形。傳力架由頂板19、肋板20、上圓環21和下圓環22組成，頂板為圓形平板，頂板和兩個圓環同軸設置，肋板呈放射狀，本例有六個肋板，均勻對稱布置，肋板的上端均焊接在頂板上，圓環焊接在肋板上，整體呈圓臺狀。肋板有帶臺階23和不帶臺階兩種，其間隔布置，本例有三個肋板帶臺階，不帶臺階肋板的作用有兩個，一是聯接頂板和圓環，組成傳力架的整體結構；二是通過其上端18突出頂板上面，限位頂板上部的壓頭。帶臺階的肋板除上述兩個作用外，還有傳遞上部所加的力、推動環刀和樣品盒在制備樣品過程中同步向下移動的作用。下部大圓環的內直徑略大于樣品盒的外直徑，起到傳力架與樣品盒的配合定位作用。對于新黃土、軟土等上圓環置于肋板內側，為環刀狀，其內直徑略大于取土環刀的外直徑，下端為外斜刃口，在制備土樣過程中，上圓環的刃口高度略高于取土環刀的刃口高度，本例高差為5mm,上圓環有兩個作用，一是平面定位取土環刀，使取土環刀位于土樣的中心位置；二是切削取土環刀外部的多余土。對于硬土上圓環置于肋板外側，僅起加固傳力架結構的作用。本例中兩個臺階之間的高度差為25mm，環刀的高度為20mm，這樣制備環刀試樣過程中，樣品盒上沿始終略低于取土環刀的下沿，本例高差為5mm，這樣既能保證順利起出制備好的試樣，又能保證土樣不裂、不散。壓頭呈圓臺狀，圓臺下端圓平面直徑略小于傳力架頂板直徑，壓頭上端為圓球狀，以便垂直向下傳力。杠桿一端的上面橫向設一條槽24，該橫向條槽的斷面呈弧形，以便與工作臺立柱上的橫梁配合。杠桿下面縱向設一條槽25，杠桿通過縱向條槽與壓頭的圓球頂端相配合，杠桿與壓頭形成沿杠桿方向滑動連接，垂直杠桿方向為鉸接。彈簧卡子專用于開縫的樣品盒，卡子由一個開口圓環和兩個手柄組成，在開口圓環的開口端安裝手柄，彈簧卡子的開口圓環套裝在樣品盒的外側。常態卡子內直徑小于樣品盒外直徑，使用時先將卡子脹開，脹開后卡子圓環內直徑略大于樣品盒端蓋外直徑，以便順利將卡子套在樣品盒外，卡子為相同的兩個，樣品盒兩端各設一個彈簧卡子，其作用是徑向收緊開縫樣品盒，在去掉樣品盒端蓋后，開縫土樣筒不脹開，保持土樣的原狀，使用時彈簧卡子的開口部位盡量避開樣品盒的開縫處。本實用新型的使用方法是(I).對于開縫樣品盒，先將兩個彈簧卡子7套裝在樣品盒9上。若采用不開縫樣品盒，則省略此步驟。(2).樣品盒下端朝上，打開樣品盒下端蓋，將土樣下墊板3的平面與土樣10的下端面吻合在一起，用手托著土樣下墊板3，將土樣連同土樣下墊板3倒轉，使土樣下墊板的圓柱插裝在支撐柱平蓋的圓孔16內，從而使樣品盒置于支撐柱2上，打開樣品盒的上端蓋。(3).將制備試樣的環刀8置于土樣10的上端面中心位置。(4).安放傳力架4，使下圓環22套住樣品盒9，上圓環21套住環刀8 ;對于上圓環21在肋板外側的情況，用臺階23限位環刀8。(5).安置壓頭5和杠桿6，用手下壓杠桿動力臂的端部，壓力通過壓頭5、傳力架4，推動制備土樣環刀8和樣品盒9同步下行，完成環刀試樣的壓入。本例傳力架4有三個肋板設有傳力臺階23，三個臺階均勻分布，使得作用在環刀8和樣品盒9上的壓力均勻、穩定。(6).環刀8壓入土中達到要求后，順序移去杠桿6、壓頭5和傳力架4，修平環刀8上端的試樣平面，蓋上小玻璃片。 (7).環刀8下端與樣品盒9的上端有適當的高差，本例為5mm，用適當大的平刀將帶有試樣的環刀8鏟出，環刀8上端蓋緊玻璃片，將環刀8反轉過來，下端朝上，修整環刀下端面試樣。至此，一個環刀試樣制備完成。(8).修整樣品盒9上端土樣10的端面，重復上述步驟⑶至步驟(8)，繼續制備下一個環刀試樣。
權利要求1.一種用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于包括工作臺、支撐柱、土樣下墊板、傳力架、壓頭及杠桿，在工作臺底板上安置支撐柱，在支撐柱上依次安置土樣下墊板、帶有土樣品的圓筒樣品盒、制備原狀試樣的環刀、傳力架、壓頭和杠桿，該杠桿阻力臂一端與工作臺的立柱鉸接。
2.根據權利I所述的用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于還包括彈簧卡子，該彈簧卡子由一個開口圓環和兩個手柄組成，手柄安裝在開口圓環的開口端，彈簧卡子的開口圓環套裝在樣品盒的外側；常態時卡子圓環內直徑小于樣品盒外直徑，使用時將卡子脹開后卡子圓環內直徑大于樣品盒端蓋外直徑。
3.根據權利I所述的用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于工作臺由底板和立柱構成，底板為一平面鋼板，其上固裝圓筒狀槽，槽的內直徑大于最粗樣品盒的外直徑，槽的深度低于樣品盒的高度；位于圓筒狀槽軸心的底板上同軸開有一圓形孔，該圓形孔的直徑小于支撐柱的內直徑；立柱垂直于底板，固裝在底板一端，立柱上固裝一組水平橫梁呈格柵狀，杠桿阻力臂鉸裝在水平橫梁上。
4.根據權利I所述的用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于所述的支撐柱為圓筒狀，其下端開口呈圓環形，該下端置放在工作臺的圓筒狀槽內；支撐柱的上端固裝一平蓋，該平蓋的中心同軸開有一圓孔，支撐柱高度高于樣品盒的高度，支撐柱的外直徑小于樣品盒的內直徑。
5.根據權利I所述的用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于所述的土樣下墊板為一平面圓板，該圓板直徑小于樣品盒內直徑，圓板下端面中心位置同軸固裝一實心圓柱，該圓柱直徑小于支撐柱平蓋中心的圓孔直徑，圓柱端部制成弧形，該圓柱插裝在支撐柱平蓋中心圓孔內。
6.根據權利I所述的用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于所述傳力架由頂板、肋板和兩個圓環組成，頂板為圓形平板，頂板和兩個圓環同軸設置，肋板呈放射狀，肋板的上端均固裝在頂板上，且肋板的上端突出于頂板上表面，圓環安裝在肋板上，傳力架整體呈圓臺狀；肋板有帶臺階和不帶臺階兩種，其間隔布置；下圓環的內直徑大于樣品盒的外直徑，上圓環置于肋板內側或外側，上圓環置于肋板內側時為環刀狀，其內直徑大于取土環刀外直徑，上圓環的下端為外斜刃口。
7.根據權利I所述的用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于所述壓頭呈圓臺狀，圓臺下端圓平面直徑小于傳力架頂板直徑，壓頭上端為圓球狀。
8.根據權利I所述的用于制備環刀原狀土試樣的裝置，其特征在于所述杠桿阻力臂一端上表面橫向設計一條槽，該橫向條槽的斷面呈弧形，該橫向條槽用于與工作臺立柱上的水平橫梁鉸接；杠桿的下底面縱向設計一條槽，杠桿通過縱向條槽與壓頭的圓球頂端相配合。
專利摘要本實用新型涉及一種用于制備環刀原狀土試樣的裝置，該裝置包括工作臺、支撐柱、土樣下墊板、傳力架、壓頭、杠桿、彈簧卡子及其它常用制備土樣的工具，材質選用鋼、鋁、合金等均可。使用本裝置可實現在不完全打開樣品盒的條件下制備環刀原狀試樣，有效降低了試樣制備過程中土樣品遭破壞的機會，對黃土、裂隙黏土等容易碎裂的土樣，均能制備出高質量的環刀試樣，制樣成功率高，廢品率低。對于粘聚力很低的砂土，也能用普通的取土器采取原狀砂土樣品，進而制備成環刀原狀砂土試樣。
文檔編號G01N1/28GK202770686SQ20122047817
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者徐建溥, 楊懷玉, 楊延凱, 馬連強, 駱泉, 王軍, 高健波 申請人:鐵道第三勘察設計院集團有限公司